Avaliação e caracterização do pigmento inorgânico utilizado em elastômero de poliuretano aplicado em rodas de empilhadeira

Abstract

Os poliuretanos (PU’s), polímeros termofixos em sua maioria, foram desenvolvidos por Otto Bayer, em 1937, tornando-se um mercado de bilhões de dólares no mundo atual. O mercado de poliuretano é diversificado e segmentado por tipo: espuma rígida ou flexível, revestimentos, adesivos, selantes e elastômeros. Os poliuretanos são produzidos pela reação de poliadição de um isocianato com um poliol e outros reagentes, como por exemplo os agentes de cura ou extensores de cadeia, contendo dois ou mais grupos reativos. O presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar e avaliar os pigmentos utilizados no elastômero de poliuretano produzido para fins de aplicação em rodas de empilhadeiras elétricas e peças técnicas. Neste contexto, testes preliminares, mostraram que há uma diferença na durabilidade dos materiais associada a adição ou não de pigmentos. Além disso, a partir dos testes iniciais de caracterização, foi possível identificar a presença de metais pesados na composição de alguns pigmentos. Portanto, a avaliação das características químicas dos pigmentos e das propriedades mecânicas do poliuretano produzido a partir destes pigmentos se faz necessária. Para tal, foram utilizadas as técnicas de Espectroscopia por Dispersão de Elétrons (EDS) a fim de identificar de maneira semi-quantitativa o teor dos metais presentes e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para obtenção de imagens da morfologia dos minerais majoritários presentes nos pigmentos, já anteriormente identificados por EDS. Adicionalmente, de modo a avaliar a performance do poliuretano como produto acabado, os seguintes ensaios de caracterização foram conduzidos fazendo-se uso de normas específicas: resistência à tração, deformação permanente por compressão, dureza Shore A, resistência à abrasão e flamabilidade. Os ensaios mecânicos demonstraram que a amostra de poliuretano sem a adição de pigmento, apresentou perda por abrasão de 8,1 mm3/40m. Por outro lado, o mesmo material contendo 0,2 %m/m de pigmento preto apresentou uma perda por abrasão de 9,57 mm3/40m, o que representa uma redução de propriedade de 18% em relação ao elastômero de poliuretano. Com relação ao ensaio de flamabilidade, foi possível observar que uma das amostras com pigmento apresentou uma redução da propriedade de 270% em relação a amostra sem a utilização de pigmento. Desta forma, através do desenvolvimento deste trabalho, foi possível perceber as principais diferenças atreladas a utilização de pigmentos inorgânicos no poliuretano, bem como identificar os elementos majoritários que constituem estes pigmentos a fim de selecionar materiais que não apresentem risco ao meio ambiente e a saúde das pessoas.

Polyurethanes (PU's), mostly thermosetting polymers, were developed by Otto Bayer in 1937, becoming a billion-dollar market today. The polyurethane market is diversified and segmented by type: rigid or flexible foam, coatings, adhesives, sealants and elastomers. Polyurethanes are produced by the polyaddition reaction of an isocyanate with a polyol and other reagents, such as curing agents or chain extenders, containing two or more reactive groups. The main objective of this work is to characterize and evaluate the pigments used in the polyurethane elastomer produced for application in wheels of electric forklift trucks and technical parts. In this context, preliminary tests showed that there is a difference in the durability of materials associated with the addition or not of pigments. In addition, from the initial characterization tests, it was possible to identify the presence of heavy metals in the composition of some pigments. Therefore, the evaluation of the chemical characteristics of the pigments and the mechanical properties of the polyurethane produced from these pigments is necessary. For this purpose, Electron Dispersion Spectroscopy (EDS) techniques were used in order to semi-quantitatively identify the content of metals present and Scanning Electron Microscopy (SEM), to obtain images of the morphology of the major minerals present in the pigments, previously identified by EDS. Additionally, in order to evaluate the performance of polyurethane as a finished product, the following characterization tests were conducted using specific standards: tensile strength, permanent compression set, Shore A hardness, abrasion resistance and flammability. The mechanical tests demonstrated that the polyurethane sample without the addition of pigment, presented a loss by abrasion of 8.1 mm3/40m. On the other hand, the same material containing 0.2%wt. of black pigment presented an abrasion loss of 9.57 mm3/40m, which represents a property reduction of 18% in relation to the polyurethane elastomer without the use of pigment. Regarding the flammability test, it was possible to observe that one of the samples with pigment showed a property reduction of 270% in relation to the sample without the use of pigment. In this way, through the development of this work, it was possible to verify the main differences linked to the use of inorganic pigments in polyurethane, as well as to identify the major elements that constitute these pigments in order to select materials that do not present a risk to the environment and the health of the people.